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Arch Cardiol Mex. 2018;88(5):483---495
www.elsevier.com.mx
INVESTIGACIÓN BÁSICA
Células madre: buscando marcadores de superficiecelular que predispongan compromiso dediferenciación cardiaca
Luis A. Lara-Martínez, Ingrid Gutiérrez-Villegas,Victor M. Arenas-Luna y Salomón Hernández-Gutierrez ∗
Laboratorio de Biología Molecular, Escuela de Medicina, Universidad Panamericana, Ciudad de México, México
Recibido el 28 de junio de 2017; aceptado el 1 de diciembre de 2017
PALABRAS CLAVEMarcador desuperficie;Diferenciación;Célula mesenquimal;Célula madrecardiaca;Regeneración celular;México
Resumen Actualmente las enfermedades cardiovasculares se han convertido en un serio pro-blema para los sistemas de salud de todo el mundo, ya que son la principal causa de muertey representan una enorme carga económica. Este problema ha sido abordado con diferentesestrategias, entre ellas con la ayuda de terapia celular, aunque sin resultados contundentes.
Durante más de 20 anos, se ha utilizado una gran variedad de células madre en diferentesmodelos de infarto del miocardio. El uso de células madre cardiacas (CSC) parece ser la mejoropción, pero la inaccesibilidad y la escasez de estas células hacen que su uso sea muy limi-tado. Además, existe un riesgo elevado pues tienen que obtenerse directamente del corazóndel paciente. A diferencia de las CSC, las células madre adultas derivadas de médula ósea otejido adiposo, entre otras, representan una opción atractiva debido a su fácil accesibilidady abundancia, pero sobre todo a la probable existencia de progenitores cardiacos entre susdiferentes subpoblaciones.
En esta revisión hacemos un análisis de los marcadores de superficie presentes en CSC en com-paración con otras células madre adultas, y sugerimos la preexistencia de células que compartenmarcadores de superficie específicos con CSC, la presencia de un inmunofenotipo predecible,aunque en proporciones bajas, pero con un potencial de diferenciación cardiaca similar a lasCSC, lo cual podría aumentar su valor terapéutico. Este estudio revela las nuevas perspectivascon respecto a la presencia de dichos marcadores, los cuales comprometerían algunas de estas
subpoblaciones a diferenciarse a tejido cardiaco.© 2017 Instituto Nacional de Cardiologıa Ignacio Chavez. Publicado por Masson Doyma MexicoS.A. Este es un artıculo Open Access bajo la licencia CC BY-NC-ND (http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/).∗ Autor para correspondencia. Universidad Panamericana. Escuela de Medicina. Augusto Rodin 498, México, Ciudad de México, 03920,México. Teléfono: +(55) 5482 7600 ext. 5680 fax: +52 (55) 5482 1721.
Correo electrónico: [email protected] (S. Hernández-Gutierrez).
https://doi.org/10.1016/j.acmx.2017.12.0011405-9940/© 2017 Instituto Nacional de Cardiologıa Ignacio Chavez. Publicado por Masson Doyma Mexico S.A. Este es un artıculo Open Accessbajo la licencia CC BY-NC-ND (http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/).
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KEYWORDSSurface marker;Differentiation;Mesenchymal cell;Cardiac stem cell;Cell regeneration;México
Stem cells: searching predisposition to cardiac commitment by surface markersexpression
Abstract It is well-known that cardiovascular diseases are the leading cause of death world-wide, and represent an important economic burden to health systems. In an attempt to solvethis problem, stem cell therapy has emerged as a therapeutic option.
Within the last 20 years, a great variety of stem cells have been used in different myocardialinfarction models. Up until now, the use of cardiac stem cells (CSCs) has seemed to be the bestoption, but the inaccessibility and scarcity of these cells make their use unreliable. Additionally,there is a high risk as they have to be obtained directly from the heart of the patient. UnlikeCSCs, adult stem cells originating from bone marrow or adipose tissue, among others, appearto be an attractive option due to their easier accessibility and abundance, but particularly dueto the probable existence of cardiac progenitors among their different sub-populations.
In this review an analysis is made of the surface markers present in CSCs compared with otheradult stem cells. This suggested the pre-existence of cells sharing specific surface markers withCSCs, a predictable immunophenotype present in some cells, although in low proportions, andwith a potential of cardiac differentiation that could be similar to CSCs, thus increasing theirtherapeutic value. This study highlights new perspectives regarding MSCs that would enablesome of these sub-populations to be differentiated at cardiac tissue level.© 2017 Instituto Nacional de Cardiologıa Ignacio Chavez. Published by Masson Doyma MexicoS.A. This is an open access article under the CC BY-NC-ND license (http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/).
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e acuerdo a la Organización Mundial de la Salud, la causarincipal de mortalidad a nivel mundial corresponde a lasnfermedades cardiovasculares (ECV), las cuales son clasifi-adas como enfermedades no transmisibles que incluyen:nfermedades coronarias (infartos del miocardio), enfer-edades cerebrovasculares (ataques fulminantes), presión
anguínea elevada (hipertensión arterial), enfermedadesrteriales periféricas, enfermedades reumáticas del cora-ón, enfermedades congénitas del corazón y falla cardiaca.e cree que las principales causas de las ECV se deben alabaquismo, inactividad física, ingesta de dietas no saluda-les y al abuso en el consumo de alcohol1.
Dentro de las ECV sobresalen las enfermedades isqué-icas del corazón, las cuales representan más de la mitade decesos entre las ECV1-3, causando un serio problema dealud pública que a futuro podría colapsar las finanzas de lasnstituciones que administran el sector salud.
a isquemia cardiaca
as enfermedades isquémicas son causadas por una descom-ensación patológica entre el suplemento y la demanda dexígeno en el ventrículo izquierdo4; en la mayoría de losasos es provocada por la disminución de la luz arterial aonsecuencia de una obstrucción por coágulos o ateromasue bloquean el flujo normal de sangre que irriga el corazón.
Un par de eventos relevantes que alteran el suplementoe oxígeno al miocardio son la isquemia y la hipoxia5. En
lgunos casos la falta de oxígeno resulta ser una conse-uencia secundaria, la cual se debe al decremento en elujo sanguíneo y en otras al incremento en la demandae oxígeno que es el principal causante de la isquemiatpls
el miocardio6. Así, se afirma que las enfermedades másomúnmente desarrolladas a partir de un evento isquémicoerivan en aterosclerosis obstructiva o estenótica de la arte-ia coronaria4.
Durante el proceso de infarto del miocardio se presentanna serie de eventos, en la zona infartada, que conllevanambios estructurales y constitutivos: los llamados proce-os de remodelación7. La remodelación cardiaca genera eldelgazamiento de la pared del ventrículo izquierdo debido
la proteólisis de la matriz extracelular (MEC)8. La pérdidael balance en la MEC afecta el funcionamiento del cora-ón creando dilatación en la cámara ventricular y disfunciónontráctil. Posteriormente, se da un incremento en la pro-ucción de MEC con la formación subsecuente de una cicatrize colágeno en la zona infartada y fibrosis intersticial ena zona no infartada. La fibrosis intersticial incrementa laigidez tisular y, a la par, conduce a un decremento en laapacidad de contracción y de supervivencia de los car-iomiocitos, ocasionando un incremento en el riesgo de lasrritmias8. La respuesta neoangiogénica posterior al infartos insuficiente y prácticamente inexistente para proveer laerfusión cardiaca adecuada y atender la demanda de laared hipertrófica que, a su vez, lleva a la pérdida de car-iomiocitos y la formación de tejido fibroso9.
pciones para el tratamiento del infarto agudoel miocardio
ras un infarto agudo del miocardio, la primera opción la que se recurre, y mayormente aceptada, es el tra-
amiento para la revascularización mediante angioplastiarimaria y la colocación de un stent coronario que debe rea-izarse dentro de las primeras 12 h a partir del inicio de losíntomas10,11. Otra opción es dar al paciente un tratamiento
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Células madre, marcadores de superficie celular y diferenci
a base de fibrinolíticos, aunque con menor eficiencia, yaque en poco menos del 50% del total de los casos se dauna mejoría12, por lo cual también se requiere al mismotiempo administrar antiagregantes plaquetarios, inhibido-res de glicoproteínas IIb/IIIa y anticoagulantes, causandoefectos secundarios pues la administración de esta mezclade fármacos incrementa el riesgo de presentar hemorra-gias, que en algunas ocasiones tiene consecuencias fatales ograves13. Para disminuir la tasa de mortalidad en pacientesinfartados, se ha sugerido emplear inhibidores de la enzimaconvertidora de angiotensina después del segundo o tercerdía postinfarto, sin importar si hubiese existido o no disfun-ción ventricular.
Para evitar el curso hacia la necrosis que sigue el tejidoinfartado, existen diversas estrategias. La más común esque durante la atención intrahospitalaria se administrenbetabloqueadores que reducen la demanda de oxígeno,previenen arritmias e inhiben la toxicidad directa de lascatecolaminas. De igual forma, se recomienda la adminis-tración de estatinas previamente al egreso hospitalario paraimpedir futuros episodios de síndrome isquémico corona-rio agudo13. Aun cuando diferentes reportes enfatizan unamejoría en la calidad de vida de los pacientes tratados pornuevos fármacos y/o dispositivos innovadores, no necesaria-mente estos han ayudado a abatir de manera significativa lareducción de la tasa de morbimortalidad14.
Si el dano al miocardio es muy grave, la única opciónposible consiste en el trasplante de corazón, a pesar de seresta la opción más excluyente de todas ya que para ser can-didato y acceder al trasplante se requiere cubrir una seriede requisitos que son sumamente estrictos, además de serun procedimiento costoso e invasivo aunado a la limitadadisponibilidad de órganos trasplantables15. Incluso cuandose considera el trasplante como la opción preferencial, elpaciente tiene que lidiar con el caso adverso al rechazo15,16.Aunque para prevenir el rechazo del órgano se administreninmunosupresores, el esquema de fármacos que inmunode-primen al individuo puede traer como consecuencia el riesgode desarrollar enfermedades recurrentes, ECV y/o cáncer, loque aumenta la tasa de morbimortalidad17.
Desafortunadamente, los tratamientos actuales no hansido disenados para mejorar la función cardiaca cuando elpaciente se atiende tardíamente y tampoco han sido creadospara prevenir la remodelación cardiaca que ocurre durantelos procesos de cicatrización después del infarto del mio-cardio; mucho menos, parece haber opciones que pudieranrevertir la remodelación una vez instalada. Aunque el tras-plante exitoso de corazón es la solución, la búsqueda porencontrar una alternativa terapéutica para el tratamientode las ECV continúa, especialmente para el infarto del mio-cardio.
Medicina regenerativa y terapia celular
Si bien muchos tejidos tienen una capacidad de regene-ración muy restringida, esta suele ser prácticamente nulaen aquellos tejidos que han sufrido heridas o danos físi-
camente extensos, prácticamente irreversibles para serreparados por autorregeneración tisular18. En adición a lapobre capacidad regenerativa, las heridas en ciertos órga-nos específicos provocan dolor intenso y/o discapacidad.tcmd
cardiaca 485
ncluso la intervención quirúrgica del órgano afectado paraestaurar su función es limitada, y la respuesta al procesoe sanación tiene que ver más con el favorecimiento derocesos de cicatrización en lugar de regeneración19. Sinmbargo, en algunos pacientes, debido al porcentaje tanlto de dano que involucra el tejido, puede comprometer launción sistémica20 sin dejar más opciones: la única solucións el trasplante.
Ante este escenario, y como respuesta a la problemá-ica sanitaria que representa el trasplante de órganos, surgea medicina regenerativa, la cual se considera un camponterdisciplinario donde tienen cabida la medicina, la biolo-ía celular, la ingeniería genética y la ingeniería biomédicaara desarrollar estrategias seguras y accesibles para elratamiento de diversas enfermedades mediante el uso deélulas y/o sus productos. La medicina regenerativa tratae integrar los conocimientos de procesos de senalización
control celular involucrados en la capacidad que tienenlgunas células para proliferar e inducir la regeneración deejidos danados y para mejorar o restablecer su funciona-iento. Esto puede ser de manera directa o a través de sus
fectos paracrinos mediante los cuales se estimulan las célu-as residentes del tejido u órgano donde son trasplantadas
insertándolas previamente en materiales biocompatiblesara realizar injertos21. De tal manera que estas opcionesue la medicina regenerativa nos ofrece denotan un inte-és exacerbado por el desarrollo de nuevos materiales, langeniería de tejidos y la terapia celular.
La terapia celular está incluida dentro de las estrate-ias de la medicina regenerativa y, como tal, ha sido la másxplorada. La terapia celular toma ventaja del potenciale diferenciación que presentan ciertas estirpes celularesara convertirse en células de diferentes tejidos22. En granedida, la terapia celular converge con la ingeniería de
ejidos en el enfoque de implantación dentro del órganofectado, esto que en principio fue la visión inicial y clásicae la medicina regenerativa. Sin embargo, recientemente sea puesto mucha atención en los llamados efectos paracri-os, donde el tejido danado in situ responde a la acción deiferentes moléculas con actividad biológica que son produ-idas y liberadas por las células y/o tejido trasplantado, oimplemente responden a la administración de elementos yroductos celulares, tales como citocinas, quimiocinas y/oactores de crecimiento23-25.
Independientemente del potencial de integración queudieran tener las células trasplantadas al tejido danado,esulta muy factible que los efectos paracrinos, proba-lemente inducidos por las células injertadas, ayuden astimular procesos de regeneración de órganos afectados,e tal forma que órganos y/o tejidos terminalmente dife-enciados pudieran hacer uso de esta estrategia en casoe requerir una reparación profunda para recuperar suunción19.
En el caso particular del corazón, hasta hace poco tiempoe tenía el concepto de que este órgano era incapaz deegenerarse cuando sufría fuertes estragos a nivel de tejidoardiaco y vascular a raíz de un infarto, debido a la pobreapacidad de los cardiomicitos para proliferar26; recien-emente, se ha desafiado este concepto de considerar al
orazón como un órgano posmitótico; es decir, un órgano ter-inalmente diferenciado incapaz de sustentar la reparacióne sí mismo. No fue sino hasta finales de la última década
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el siglo XX cuando se abordó un escenario interesante enontraposición a dicha diferenciación terminal27. En el 2001e publicó un artículo innovador28 pero, al mismo tiempo,ontroversial e inquietante29,30, que puso en tela de juiciol paradigma que consideraba al corazón como un órganoosmitótico pues con ello se demostró la existencia de célu-as cardiacas (progenitoras) con potencial regenerativo y deiferenciación. A partir de entonces, la regeneración car-iaca por medio de la terapia celular no ha sido una meraspeculación; al contrario, durante la última década se haonseguido un gran avance en el interés de la aplicación deste tipo de estrategias, tanto en investigación básica comon modelos animales y su traslación a ensayos clínicos31. Nobstante, la promesa inicial de la terapia celular aún no sea cumplido.
En esta trabajo nos enfocamos a revisar algunos de losipos celulares empleados en diferentes protocolos que hanenido como objetivo restablecer la función cardiaca, princi-almente nos enfocamos en aquellas células que derivan dea médula ósea, de entre ellas: aquellas subpoblaciones queor compartir marcadores de superficie en común se creeue pueden derivar de un progenitor de tipo mesenquimalomún y a pesar de ello han sido llamadas de diferentesaneras32.
erapia celular como alternativa deratamiento para el infarto del miocardio
oy en día sabemos que existe una amplia gama de posibi-idades en el uso de diferentes estirpes celulares que puedeubrir los requisitos que la terapia celular demanda. Estasstirpes las podemos clasificar en dos grandes grupos: célu-as madre embrionarias y células madre adultas; como casoarticular tenemos las células madre inducidas pluripoten-es (iPSCs).
Podemos decir que el término de células madre com-rende todas aquellas células que poseen dos propiedadesundamentales:
. Autorrenovación, que hace referencia a la capacidad quetienen para proliferar en numerosas ocasiones y al mismotiempo las hace permanecer en un estado indiferenciado.
. Potencialidad, característica intrínseca que les permitediferenciarse en células especializadas de diferentestejidos. Curiosamente, estos conceptos fueron concebi-dos desde 1960 cuando se estudiaban los componentesresponsables de la regeneración de eritrocitos33.
En el caso particular de la terapia celular cardiaca, sean empleado células que provienen de diferentes fuentes,anto de células madre embrionarias, iPCs y células madredultas, o células diferenciadas como cardiocitos y mioblas-os. Lo cierto es que hasta hoy en día el grupo que mása sido explorado es el grupo de células adultas aisladase diferentes fuentes, incluyendo aquellas de origen somá-ico con capacidad para ser reprogramadas15. De las célulasadre adultas, las más empleadas y estudiadas en diferen-
es protocolos son las células madre derivadas de médulasea prácticamente en toda su gama de subpoblaciones,ero particularmente se ha puesto mucho énfasis en lasélulas madre mesenquimales (MSC)34, incluso en aquellas
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L.A. Lara-Martínez et al.
SC de diferente origen como las que derivan del tejidodiposo que es una fuente rica para su obtención. A pesare que todas ellas han sido probadas en diferentes mode-os animales y en algunos ensayos clínicos, hasta ahora haesultado difícil localizar la población terapéutica ideal31,35.or lo tanto, el mayor reto para la medicina regenerativaardiaca sigue siendo identificar el tipo de célula más ade-uada que permita repoblar el tejido danado con nuevosardiomiocitos y vasos sanguíneos que ayuden a reestablecerl suministro de oxígeno y nutrientes a las áreas afecta-as. En esta ardua búsqueda, algunas poblaciones celularesás que otras comienzan a ganar terreno, ya sea por suotencial o por su compromiso derivado del nicho en elual son alojadas36. Es así que en términos de potenciale diferenciación hacia el tejido cardiaco, el uso de célu-as madre cardiacas (CSC) parece ser la mejor opción37,a que su residencia en el corazón del adulto les confieren compromiso específico para generar tejido vascular yiocárdico27,38.
ipos celulares usados en la terapia celularardiaca
élulas madre pluripotentes
as células madre pluripotentes son una estirpe celular que,n teoría, puede diferenciarse en cualquier tipo celular. Lasélulas pluripotentes se dividen en dos grupos: inducidasiPSCs) y embrionarias (ESC). Las primeras (iPSCs) consistenn reprogramar células adultas in vitro a través de trans-ucción con vectores virales que transportan los factores deranscripción Sox2, Oct3/4, Klf4 y c-Myc que confieren plu-ipotencialidad al cultivo39 o por medio de la transfecciónon micro RNAs (miRNAs) específicos40. Las iPSCs se puedenenerar a partir de una gran variedad de células, siendo elétodo más común a partir del cultivo de fibroblastos, sin
mbargo, existen varias cuestiones pendientes en torno a laeguridad para emplear las iPSCs en cualquier terapia celu-ar por el riesgo de generar tumores41. Otro inconveniente esue no hay un control exacto para conducir su proliferaciónacia la población deseada una vez implantadas in situ, y losrotocolos existentes han demostrado una baja eficiencia enu capacidad de diferenciación hacia cardiomiocitos27.
Con respecto a las ESC, son la clase de células idealesebido a su amplio margen de diferenciación: no menos de00 líneas celulares diferenciadas se han logrado diferenciaron ellas42-44. Algunos ensayos que han utilizado estas célu-as demuestran una buena integración e interacción en elejido cardiaco45, sin embargo, presentan los mismos ries-os que las iPSCs27, además de que la baja disponibilidad
los problemas éticos inherentes a su manipulación sonmpedimentos para usarlas.
ardiomicitos inducidos (iCM) por reprogramaciónelular
a influencia del uso de factores de transcripción para gene-ar iPCs dio pauta de igual manera a utilizar fibroblastos yeprogramarlos para inducir su transdiferenciación a cardio-icitos (iCMs)46 mediante la transducción con factores de
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Células madre, marcadores de superficie celular y diferenci
transcripción específicos cardiacos (GATA4, Tbx5 y MEF2c)47
mejorando su eficiencia cuando se utilizan con diferentesniveles de expresión48. Otras estrategias de reprogramacióncelular han sido reportadas con el uso de pequenas molécu-las de RNA no codificable llamados miRNAs, principalmentelos miRNA-1, -133, -208, y -499, que al ser inyectados enfibroblastos estos son transdiferenciados a cardiocitos49. Nosolo la acción de estas moléculas de origen biológico queregulan la expresión de genes involucrados en la diferencia-ción cardiaca ha sido usada para lograr la reprogramacióncardiaca, pues existen protocolos que prescinden del usode estos factores de transcripción o miRNAs y en su lugarutilizan pequenas moléculas50 o algunas sustancias químicascomo la 5-azacitidina o tricostatina que a través de proce-sos de metilación o desmetilación de histonas en ADN logranreprogramar MSC a cardiomicitos51. La ventaja de la repro-gramación celular directa a iCMs es que, a diferencia de lasiPCs, el riesgo de tumorigenicidad es menor después de sertrasplantados, pero su desventaja es que su eficiencia paragenerar cardiocitos es muy baja, lo que impide su produccióna gran escala.
Células madre adultas
MiocitosLos primeros ensayos de regeneración celular cardiacacomenzaron empleando progenitores celulares de origenmuscular52. Aun cuando existen reportes con resultadosalentadores, el riesgo de desarrollar arritmias fue muyelevado53,54. En estudios posteriores se lograron identificaralgunas subpoblaciones celulares procedentes de músculoesquelético con mayor tendencia a diferenciarse a cardioci-tos, estas células fueron llamadas mioendoteliales. A pesarde presentar un compromiso hacia la diferenciación car-diaca, esta subpoblación tampoco evitó el riesgo de generararritmias. Las repuestas a estas arritmias parecían estar enla falta de expresión de conexina 43, y la carencia de unionestipo gap con los miocardiocitos circundantes del injerto54;sin embargo, corregirla usando progenitores de mioblastosque sobreexpresan conexina 43 tampoco fue garantía dereversión de los efectos pro-arritmogénicos55, pues pareceser que el mecanismo es mucho más complicado.
Células madre derivadas de médula ósea
Células madre hematopoyéticasLas células madre/progenitoras hematopoyéticas (CMH)están constituidas por diversas poblaciones celulares quede manera sencilla se pueden obtener a partir de sangreperiférica que, por mucho, es considerado uno de los méto-dos menos invasivos para la obtención de células madre,aunque también muchas de estas poblaciones se encuen-tran de manera abundante dentro de la médula ósea y ensangre proveniente del cordón umbilical56,57. La principalventaja que ofrece este tipo celular es su forma de obten-ción para realizar trasplantes de manera autóloga y, porlo tanto, la ausencia de rechazo inmunológico; en contra-
parte, las células sanguíneas de cordón umbilical poseenun mayor potencial de proliferación pero son altamenteinmunogénicas58. Otra desventaja es que cuando son aisla-das de médula ósea a partir de pacientes de edad avanzadadccl
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e reduce la eficiencia del trasplante, lo que no sucede conas células sanguíneas del cordón umbilical y les confiereentaja para su uso59,60.
Las CMH aisladas a partir de médula ósea son lasejor caracterizadas y ampliamente usadas. Histórica-ente hablando, fueron de las primeras utilizadas para
eemplazo terapéutico de médula ósea en enfermedadesematológicas61,62. Dichas células dan origen a los linajesieloides y linfoides63 con la expresión típica de marcado-
es de superficie celular como son CD34+ y CD45+, entretros. Aunque actualmente hay un interés creciente en elso de este tipo celular, su forma de expansión y cultivo enuspensión se convierten en una desventaja al momento deer trasplantadas, por lo tanto queda por definir si en reali-ad la terapia celular basada en su administración presentaayores ventajas64.
élulas endoteliales
as células progenitoras endoteliales (CPE) pueden serncontradas en sangre periférica y su origen está dentroe la médula; se diferencian a partir de un progenitor mie-oide; se caracterizan por la presencia de ciertos marcadoresomo CD34, CD133 y receptor del factor de crecimientondotelial vascular65,66. Las células CD133+ CD34+ podríanugar un papel fundamental, al expresar diferencialmenteiRNAs que previenen la apoptosis, la remodelación del
itoesqueleto y promueven la diferenciación67. Hoy en díaxiste consenso para definir los marcadores de superficie quexpresan las CPE: CD31, CD34, CD45, AC133, CD14, CD14a
CD235a68,69, pero también una de las principales caracte-ísticas a considerar, para su aislamiento, es su habilidad derecer en cultivo e indiscutiblemente diferenciarse en célulandotelial. Se cree que la expresión diferencial de CD34+/o CD133+puede ser originada por una mezcla de poblacio-es celulares que podrían proveer factores paracrinos másfectivos y, al mismo tiempo, dar un mejor estímulo para laeovascularización que células mononucleares provenientese médula ósea64.
élulas estromales mesenquimales
unque existe un amplio conocimiento de los marcadoresue expresan diversas estirpes celulares de origen mesen-uimal, los resultados sobre la expresión de algunos de ellosara su clasificación siguen siendo controversiales70. Pese allo existe un consenso sobre los marcadores mínimos queeberían presentar para considerarse como tal.
Sabemos que la médula ósea es la principal fuente deélulas madre adultas puesto que almacena diversos tipose subpoblaciones y que muchas de ellas han sido las mejoraracterizadas64, como es el caso de las MSC. Estas célu-as son excelentes candidatos para terapia celular a causae su baja inmunogenicidad, facilidad de acceso, ampliaiferenciación y efectos inmunomoduladores. Debido a laran cantidad de células presentes en la médula ósea,uchos investigadores han descrito una amplia colección
e subpoblaciones con propiedades parecidas o con rasgosomunes a las MSC, ejemplos son: por sus siglas en inglés,élulas progenitoras adultas multipotentes (MAPC)71, célu-as madre multipotentes adultas (MASC)72,73, células madre
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Urde tejido cardiaco19,45. Sin embargo, en términos del poten-
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omáticas sin restricciones (USSCs)74, células adultas multi-inaje aisladas de médula ósea (MIAMI)75, células madre deiferenciación a multilinaje que soportan el estrés (Muse)76,élulas de población lateral (SP)77, células embrionariasuy pequenas (VSEL)78, células CD34+, Lin-C-kit+, células
ca1+79, entre otras.Es interesante senalar que muchos de los marcadores de
uperficie celular encontrados en estas células se compar-en o se superponen entre ellas mismas y las células de tipoesenquimal, también procedentes de la médula ósea, loue sugiere que muchas de estas subpoblaciones puedenurgir de un progenitor común80 todavía no identificado.
A partir del total de las células estromales es posibleislar células MSC ya sea de médula ósea o de la fracción vas-ular estromal (FVE) en caso de provenir de tejido adiposo;ero en ambos casos estas células poseen múltiples capa-idades de diferenciación hacia condrocitos, adipocitos,steocitos, células estromales que soportan la hematopo-esis, células endoteliales, fibroblastos, mioblastos, entretras27,64,81.
Los ensayos clínicos, y los protocolos de investigaciónásica que tienen que ver con terapia celular, han sidoramáticamente influenciados por los primeros ensayosfectuados en los que se emplearon MSC27, de tal modo que,asta hoy, la administración de MSC junto con la administra-ión de médula ósea total son las terapias que han tenido losejores resultados en los ensayos clínicos evaluados en dife-
entes enfermedades, incluidas las ECV62 pues metaanálisise los ensayos demuestra la seguridad y mejora temporal ena fracción de eyección del ventrículo izquierdo53,82.
Aunado a la abundancia relativa que representa estaoblación celular dentro de la médula ósea64, y a pesar deue los cálculos sugieren que estas células representan entre
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Células madre demédula ósea
Hematopoyéticas
Mesenquimales
Endoteliales
MAPC MIAMI MASC SP Muse
Miocitos
igura 1 Principales tipos celulares que a la fecha han sido utilardiaca en corazones infartados. Muchas de estas células derivan
fondo rojo) originadas posiblemente de un mismo progenitor.PSCs: células madre inducidas pluripotentes; Lin-c-kit+: células linaultipotentes; MASC: células madre multipotentes adultas; MIAMI: céadre de diferenciación a multilinaje que soportan el estrés; Sca1+:
élulas madre somáticas sin restricciones; VSEL: células embrionaria
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l 0.001-0.01% del total de las células nucleadas presen-es en médula ósea7, para ser identificadas y consideradasomo MSC los marcadores mínimos que deben expresar sonD44+, CD73+, CD90+ y CD105+, y negativos para mar-adores hematopoyéticos CD34--- y CD45---, marcadores deélulas endoteliales CD31---, y para macrófagos CD11b83,ero además deben cumplir con otros dos requisitos, mos-rar capacidad de adherencia a las placas de cultivo celular
mostrar potencial de diferenciación al menos a tres tiposelulares: osteocitos, adipocitos y condrocitos64.
Como se ha mencionado, las MSC también pueden serncontradas en tejido adiposo, el cual se considera unauente de gran abundancia de MSC84,85. En principio se espe-aría que el comportamiento de las células aisladas sea simi-ar, ya que expresan los mismos marcadores de superficie conequenas diferencias en el porcentaje de algunos de ellos7.uizá la ventaja superior de aislar MSC a partir de tejido adi-oso es su rendimiento en términos de concentración puestoue representan el 2% del total de las células nucleadas70,ue puede significar un incremento de 200-300 veces enomparación con las MSC aisladas a partir de médula ósea86.
n busca de la mejor opción en terapia celular
élulas madre cardiacas y progenitores cardiacos
n gran número de estrategias de terapia celular con dife-entes linajes celulares ha sido empleado para regeneración
ial de diferenciación, el uso de CSC parece ser la mejorpción, ya que son células no diferenciadas pero compro-etidas que residen en el tejido cardiaco adulto36.
VSEL USSCs Sca1+ Lin(-)c-kit(+)
Mioblastos
Células madrecardíacas
Células madreembrionarias
Células madre detejido adiposo
iPSCs
izados y que han mostrado una mejoría al evaluar la funciónprincipalmente de subpoblaciones de médula ósea todas ellas
je negativo c-kit positivas; MAPC: células progenitoras adultaslulas adultas multilinaje aisladas de médula ósea; Muse: células
células Sca1 positivas; SP: células de población lateral; USSCs:s muy pequenas.
Células madre, marcadores de superficie celular y diferenciación
Tabla 1 Marcadores compartidos entre diferentes estir-pes progenitoras celulares. Se muestran aquellos marcadoresque comparten cada una de las células progenitoras
Marcadores CSC HSC MSC AdSC
CD31+ √ √CD 34+ √ √CD 90+ √ √ √CD 105+ √ √ √CD133+ √ √c-Kit+
√Mdr
√Islet
√CD44+
√Sca1+
√CD45+ √CD166+ √CD44+ √CD106+ √ √Stro1+ √ √CD45--- √ √CD 34--- √ √CD119--- √CD 79---
√CD 14---
√CD 11B
√CD19--- √CD49+
√CD44+
√CD116+
√
AdSC: células madre derivadas de tejido adiposo; CSC: célulasmadre cardiacas; HSC: células madre hematopoyéticas; MSC:células madre mesenquimales.
fccapecdecPdelcr
cpadsdsnpy
cc
Mc
SdadptttMpadsnl
llclbc
Fuente: modificado de Sun et al.104 y Navarro-Betancourt yHernández105.
En la última década se ha realizado una búsqueda exhaus-tiva para ubicar, caracterizar y aislar células CSC45, perotambién se ha logrado disenar estrategias para potenciarlos mecanismos endógenos de reparación del miocardio apartir de su estimulación in situ87. Dentro de esta arduabúsqueda por identificar los mejores progenitores cardia-cos (PC) derivados propiamente del corazón (CSC), se hanencontrado células de dos tipos: las cardiomiogénicas y lasvasculogénicas88. También se ha logrado identificar algunosde los marcadores de estos progenitores que condicionan ladiferenciación, como son los marcadores c-kit, Sca-1, Isl-1y Abcg2, que fueron obtenidos al purificar cardiomiocitosaislados de corazones de roedores22,24,89-92.
En uno de los primeros ensayos clínicos en el que se admi-nistraron PC c-kit+, al mismo tiempo, durante una cirugía deinjerto de bypass en la arteria coronaria se tomó una biop-sia del apéndice de la aurícula derecha con el fin de aislar,enriquecer y proliferar PC c-kit+93 para su trasplante en lazona infartada. Después de este procedimiento se observóque se requiere de un protocolo riesgoso, costoso e invasivopara poder aislarlas, además de que las células c-kit+ se pre-
94
sentan en una proporción celular baja de 1:30,000 . Otradesventaja es que se requiere de tiempo relativamente largopara aislar, proliferar, seleccionar, enriquecer y trasplantarel mayor número de células al tejido infartado (en este casocPdp
cardiaca 489
ueron administradas 4 meses después de la cirugía)93, loual es una ironía pues en casos de dano extremo al mio-ardio el tiempo es un factor determinante; al no podercceder a las PC esto pudiera terminar en detrimento delaciente, pero finalmente los resultados iniciales de estosnsayos clínicos delinean una mejora en la fracción de eyec-ión del ventrículo izquierdo y una reducción en el tamanoel infarto93. Debido a los inconvenientes que represental uso de este tipo celular, nuevos esfuerzos se han enfo-ado en la búsqueda de una mejor estrategia para conseguirC de una fuente alterna que pueda cubrir estas necesida-es. Una estrategia derivada a consecuencia de su escasezn el corazón adulto y el alto riesgo que implica obtener-as ha derivado en fusionarlas con MSC que tienen una altaapacidad proliferativa, para formar híbridos y aumentar laeparación cardiaca95.
Los recientes avances en CSC describen una nueva pobla-ión de células cardiacas madre residentes (CRSC) que sonositivas para el antígeno W8B2+ y se obtuvieron del anexouricular de humanos adultos. El trasplante intramiocárdicoe W8B2+ humana CRSC, en ratas inmunodeprimidas, unaemana después del infarto del miocardio, mejoró marca-amente la función cardiaca y redujo el tejido fibroso 4emanas después del infarto. Además, el medio condicio-ado de estas células mostró efectos de pro-supervivencia,ro-angiogénesis, y pro-migración sobre células endoteliales
sobre la proliferación de cardiomiocitos de rata neonatal96.La figura 1 muestra un resumen de los principales tipos
elulares que han sido utilizados para restablecer la funciónardiaca en corazones infartados.
arcadores de células madre y su uso para terapiaelular cardiaca
iendo una forma de identificar y caracterizar el potenciale diferenciación de una célula mediante la presencia ousencia de marcadores de superficie, resulta interesanteescubrir que muchos de los marcadores expresados en losrogenitores cardiacos son marcadores compartidos o queambién están presentes en las MSC, pues ya se ha demos-rado la presencia de marcadores de MSC en PC97-99, así comoambién la expresión de marcadores cardiacos específicos enSC100; lo cual resulta de mucho interés debido a que las MSCueden generar la aparición espontánea de cardiomiocitos,poyando así la idea de preexistencia de progenitores car-iacos en nichos diferentes al cardiaco101-103. Por lo tanto,ería prioritario poder identificar la existencia de un inmu-ofenotipo similar al de los PC en otros tejidos con base ena presencia de marcadores compartidos.
Con base en lo expuesto anteriormente, y analizandoa expresión de diversos marcadores de superficie celu-ar, previamente reportados en diversas estirpes celularesuyo potencial de diferenciación cardiaco ha sido eva-uado, sugerimos la preexistencia, aunque en proporcionesajas, de subpoblaciones celulares dentro de la médula óseaomprometidas a diferenciarse hacia tejido cardiaco, que
omparten marcadores de superficie específicos con CSC.roponemos la existencia de un posible inmunofenotipo pre-ecible presente principalmente en algunas MSC que podríaroporcionar un potencial de diferenciación cardiaca simi-
490 L.A. Lara-Martínez et al.
Tabla 2 Marcadores propuestos para identificar células madre cardiacas y su función
Marcador Función
CD31+ También conocido como molécula de adhesión plaqueta-endotelial (PECAM-1), es un receptor hemofílicotransmembranal que se expresa en células endoteliales (EC), plaquetas, granulocitos, macrófagos, célulasdendríticas (DC), células B, T y células natural killer (NK)106. Aunque CD31 fue clasificado inicialmentecomo una molécula de adhesión celular, estudios posteriores sugirieron que CD31 activa la senalizacióninhibidora río abajo tras el acoplamiento transhemofílico CD31 durante la interacción célula-célula. CD31participa de senalización en la regulación de la separación de leucocitos, la activación de células T, laactivación de plaquetas, y la angiogénesis, todos los cuales son críticos para la patogénesis de laaterosclerosis y los aneurismas aórticos abdominales107
CD 34+ Es una glicoproteína transmembranal, identificada inicialmente en las células madre y progenitorashematopoyéticas. Su función como un antígeno de superficie es desconocida, se ha relacionado con lainhibición o la facilitación de la adhesión, la proliferación celular, y la regulación de la diferenciación108
CD 90+ CD90 también se conoce como antígeno de diferenciación de timocitos I (Thy-1), es una glicoproteínaanclada a la superficie celular a través de un motivo de glicosilfosfatidilinositol (GPI). En los sereshumanos, CD90 se expresa en las células madre, incluyendo MSC, HSC y las células madre queratinocíticas(KSCS) y en diferentes niveles en los tejidos no linfoides tales como fibroblastos, neuronas y célulasendoteliales activadas. CD90 juega un papel importante en la adhesión célula-célula y entre mediadoresde la inflamación de la respuesta inmune célula-matriz. CD90 interviene en la inflamación y lacicatrización de heridas por la síntesis y la liberación de factores de crecimiento, citocinas y componentesde la matriz extracelular para ayudar en la reparación de tejidos danados109
CD 105+ También conocido como endoglina es una glicoproteína transmembranal homodimérica unida por unpuente disulfuro inducible por hipoxia. Es un correceptor accesorio para factor de crecimientotransformante beta (TGF-�), una citocina pleiotrópica que regula la proliferación celular, ladiferenciación, la migración, la adhesión y se ha demostrado que se expresa en las células endoteliales110
CD133+ Prominina-1 o CD133 se identificó en las células madre hematopoyéticas humanas y las célulasneuroepiteliales de ratón; muchos estudios han puesto de manifiesto que la expresión de CD133 se asociacon células madre/progenitoras, tumores, regeneración, diferenciación y el metabolismo. Se emplea comoun marcador de células madre en tejidos normales y cancerosos. Aunque la función fisiológica de estaglicoproteína de membrana conservada evolutivamente sigue siendo difícil de dilucidar, varios estudioshan revelado nuevas características biológicas con respecto a las células madre111
CD117 El receptor de c-kit (CD117) es una proteína transmembranal con actividad de tirosina-cinasa codificadapor el pro-oncogén c-kit. Los tipos de células c-kit dependientes incluyen células hematopoyéticas, célulasgerminales, mastocitos, células de melanoma y las células de Cajal del tracto gastrointestinal. El ligandopara c-kit es el factor de células madre (SCF). La unión específica de SCF puede inducir la dimerizaciónhomóloga, y las unidades de la vía de transducción de senales río abajo, que posteriormente regula laexpresión génica, el crecimiento celular, la proliferación y la diferenciación112
Sca1+ El antígeno-1 de células madre (Sca-1) es una proteína de superficie celular con un glicosilfosfatidilinositolanclado (GPI-AP) de la familia de genes Ly6113 con propiedades de senalización y adhesión celular; estálocalizado en la superficie de las células madre específicas de tejido hematopoyético. Sca-1 es miembro deuna familia de proteínas que contienen un dominio reportero activador de plasminógeno uroquinasa(uPAR), que participan en la adhesión y migración celular a través de la vía de las integrinas y ladegradación de la matriz extracelular, respectivamente, además de participar en la senalización para ladiferenciación celular114
ISLET1+ Llamada proteína potenciadora del gen de insulina o ISL-1, como su nombre lo indica esta proteína se uneal promotor del gen de insulina, y otros, teniendo un papel importante en la regulación de la expresión deeste gen115. Es importante para el desarrollo de linajes de células pancreáticas y también es necesariapara la generación de neuronas motoras. Mutaciones en este gen se han asociado con la madurez de iniciode la diabetes de los jóvenes. Entre sus vías relacionadas se encuentran transporte a Golgi y posteriormodificación y diferenciación como progenitor cardiaco116
MDR1 El gen de multirresistencia a fármacos o ABCB1 se expresa de manera polarizada en la membranaplasmática celular con función excretora y protectora. Tiene un papel importante en la eliminación defármacos en el primer paso a través de administración oral. En la corteza adrenal juega un rol entransporte hormonal, homeostasis y resistencia a glucocorticoides. En al ámbito inmunológico confiereresistencia viral y está involucrado en el transporte de citocinas. En el retículo endoplásmico está asociadocon el transporte celular. Además se sobreexpresa en numerosos tejidos, incluyendo las célulasprogenitoras117
ación
P
EiPtmevitqndcc
1
2
3
F
EP
C
L
B
Células madre, marcadores de superficie celular y diferenci
lar a CSC, lo que podría aumentar el valor terapéutico delas MSC.
La tabla 1 muestra un análisis de los principales marcado-res entre diversas células que han mostrado tener capacidadde diferenciación cardiaca y propone la posible existen-cia de un inmunofenotipo previsible basado en marcadorescompartidos que estaría presente en algunas de las tantaspoblaciones celulares que constituyen la médula ósea.
Si se lograra enriquecer una población de MSC con marca-dores de superficie compartidos con las células progenitorascardiacas o PC, ¿podrían estas células tener mejores resul-tados en los procesos de regeneración del miocardio en uncorazón infartado que cualquier otra subpoblación no purifi-cada? De ser así, entonces, se podrían superar los principalesobstáculos que son de alto riesgo y limitan la obtención demuestras de corazón para la extracción de PC autólogos:invasividad y accesibilidad, lo cual limita su uso como unafuente de células estandarizada para la regeneración car-diaca, a diferencia de las MSC cuyas fuentes celulares sonde fácil acceso. Por ello, la identificación de subpoblacionescelulares o de progenitores cardiacos en MSC podría ser másbenéfica como alternativa que si se trasplantaran MSC nocomprometidas, los cuales podrían sufrir una diferenciaciónanticipada hacia otro tipo celular no deseado.
Hasta hoy no existe consenso sobre los marcadores quedeben estar presentes en las CSC; sin embargo, los que hansido propuestos hasta el momento aparecen en la tabla 2donde también se muestra la función descrita para cada unode ellos.
Limitaciones actuales de la terapia celular
En la búsqueda por identificar el tipo de célula más ade-cuada para repoblar un corazón infartado y restablecer sufunción, un sinnúmero de tipos celulares se han empleado;en algunos casos los resultados han sido inconsistentes y conun cierto grado de desencanto, mientras que en otros losresultados han sido alentadores. Sin embargo, a pesar deacumular por décadas un conocimiento cada vez más pro-fundo del comportamiento biológico de diversas estirpes,después de descubrir, probar y analizar varios tipos celularescon capacidad cardiogénica, la pregunta que nos seguimoshaciendo es la misma: ¿el uso de células para restaurar lafunción de un corazón humano danado es una alternativareal en nuestros tiempos?
Aún no; será cuando se logre superar un conjunto com-plejo de situaciones y problemas, no tanto aquellos queson debidos a la inducción y la diferenciación ya que enambos casos a nivel molecular se puede controlar y mani-pular, pues es el área donde más se ha trabajado, sino quemás bien habría que superar aquellos obstáculos que hanresultado difíciles de controlar, los que son derivados princi-palmente del tejido receptor: habrá que hacerlo permisible,que ofrezca un ambiente adecuado para la incorporación denuevas células y así aumentar la capacidad de injerto, quepermita la migración de factores solubles y células tanto
endógenas como exógenas; al mismo tiempo también habráque trabajar mucho en la forma en que se debe establecerel acoplamiento electro-mecánico, que permita la contrac-tilidad, entre otros118.cardiaca 491
erspectivas y conclusiones
l empleo de células madre para reparación tisular se hancrementado de manera exponencial en los últimos anos.or las ventajas que representan en identificación, carac-erización, aislamiento y expansión, las MSC han sido lasás utilizadas para tratamiento de infarto del miocardio,
n comparación con otras subpoblaciones que también deri-an de la médula ósea. Por lo que uno de los retos másmportantes en la terapia celular basada en MSC para el tra-amiento de ECV consiste en identificar el posible progenitorue al parecer es tan versátil que pudiera dar origen a algu-as de las células descritas en esta revisión, pues muchase ellas las podemos identificar a través de marcadores queomparten entre ellas y con las CSC; para ello habrá queonsiderar:
. Mejorar la identificación, reclutamiento y expansión deMSC autólogas con un compromiso de diferenciacióncardiaca predecible, mediante sus marcadores de super-ficie.
. Identificar los factores de atracción y movilización queincrementan el reclutamiento de los posibles progenito-res en la zona infartada.
. Desarrollar estrategias que mejoren la supervivencia decélulas trasplantadas.
inanciación
ste proyecto contó con subvención parcial del CONACyT,royecto 101596.
onflicto de intereses
os autores declaran no tener ningún conflicto de intereses.
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